电路原理 第五版 ppt 第五章运放

uo =A(u+–u–) =105×10×10-6 =1V
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3. 电路模型
uu+ b a _ ud + _ + A +
u- _
uo
a
BUCT
ud Ri
u+ +
b
Ro + Au _ d _
uo
VCVS
参 数 开环电压放大倍数 A 输入电阻 Ri 输出电阻 Ro 电源电压 Ucc
典型值范围 105~ 1011 106~ 1013 Ω 10~ 100 Ω 3~ 24V
+ + uo _
BUCT
虚短： 虚短：u-= 虚断
u+=0
i-=0
KCL: i f = i1 + i2 + i3
uo − u− ui1 − u− ui 2 − u− ui3 − u− − = + + Rf R R2 R3 1 Rf Rf Rf ui1 + ui 2 + ui 3 ) ∴ uo = −( R1 R2 R3
25 uo = − ui = − ×0.5 = −1.25V R1 10 us − u1 0.5 i= = = 50µA 3 R1 10×10
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Rf
练 习 3
Rf 40kΩ Ω 20kΩ R1 Ω + 6V _
1
BUCT
确定 uo 答案： 答案：-6V
+ uo _
_ +
∞ +
2
+ 2V_
解： 列结点1的电压方程 ☆
1 2 3 4 8 7 6 5
BUCT
No connection U+ Output Balance
典型的(8pin)运放管脚（顶视）图 典型的(8pin)运放管脚（顶视） (8pin)运放管脚 a 6 输出端 º 运放的新 运放的新电路符号
2
输入端
2 3
– + 4 负电源
_ +
b
A +
o
º
运放的旧 运放的旧电路符号
R2 uin = u+ = u− = uo R + R2 1
R uo = (1+ 1 )uin 即： R2
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u+
+ _ uin
i+
电压跟随器
+ _
∞
+ + uo _ + uin _
iu-
+ _
∞
+
BUCT
R2 R1
+ uo _
R uo = (1+ 1 )uin R2
当R1→0，R2 →∞时；uo= uin ，
a
_ +
A +
o uo
图(c)
3
2. 运算放大器的ud~ uo 特性
uu+ b Usat a _ ud + uo _ +
正饱和区
BUCT
A +
设在a,b间加一电压 设在a,b间加一电压 ud=u+–u– ， 特性曲线： uo 则可得 uo = f (ud) 特性曲线：
-Uds
0 Uds ud
-Usat
U+ 反相输入端 反相输入端 同相输入端 a b _ + U– 图(a) o + A + o 输出端
+ UCC _ + UCC _
BUCT
公共端(接地端) 公共端接地端)
A：开环电压放大倍数 或开环增益 + _ ud b + + _ º 图(b) a _ + A +
u-
u_
u+
uo
_ º
_ ud u+b +
_
R1
∞
+ +
RL u2
+ u1 _
+
R2
_
R2 u2 = u1 R1 + R2
可见，加入跟随器后， 可见，加入跟随器后，隔离了 前后两级电路的相互影响。 前后两级电路的相互影响。
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2. 加法器
ui1 i1 R1 R ui2 i2 2 R ui3 i3 3
if iuu+ + _
Rf
工作原理分析： 工作原理分析： ∞
由理想运放构成的反相比例器： R 理想运放构成的反相比例器： 构成的反相比例器 f
Rf R1 1 + RL + uo _ us _
2
BUCT
i- _ uu+ +
∞
+
uu+
+ _
+ uo _
理想运放等效电路 理想运放等效电路
注意： 当 R1 和 Rf 确定后，为使 uo 不超过饱和电压 即保证 (1) 确定后， 不超过饱和电压(即保证 注意：
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由理想运放构成的反相 倒向 比例器 理想运放构成的反相(倒向 构成的反相 倒向)比例器 例 1续
10kΩ R1 Ω + us _ _ Rf 20kΩ Ω ∞ 1 741 + +
BUCT
i
2
将运算放大器(741)看成是理想运放, 将运算放大器(741)看成是理想运放 (741)看成是理想运放 试确定闭环电压放大倍数 放大倍数u 试确定闭环电压放大倍数 o/us 虚断： + 解: 虚断： i+= i-= 0 us 1 1 1 uo ( + )u1 − u2 = _ R1 Rf Rf R1
特点： 输入阻抗无穷大(虚断 虚断)； 特点： ① 输入阻抗无穷大 虚断 ； 输出阻抗为零； ② 输出阻抗为零； ③ uo= uin。 应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。 应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。
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例
+
u1
R1
BUCT
+
R2 RL u2
_
_
R2 u2 ≠ u1 R1 + R2
uin 1 1 1 1 ' 1 u uo − uo = （ + + ） n1 − R R4 R6 R6 R4 R 1 1 2的结点电压方程： 列结点 的结点电压方程： uin 1 1 1 1 ' 1 u uo − uo = （ + + ） n2 − R2 R3 R5 R5 R3 R2
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运算放大器的应用 (applications)
负饱和区
uo =A(u+–u–) ①线性工作区： 线性工作区： -Usat≤uo≤ Usat uo=Aud 正向饱和区： ②正向饱和区： ud> Uds, 则 uo= UCC 反向饱和区： ③反向饱和区： ud<- Uds, 则 uo= -UCC
分三个区域： 分三个区域：
这 里 Uds 是 一 个 数 值 很 小 的 电 压 ， 例 如 UCC=15V, A =105，则Uds=0.15mV。 。
工作在线性区)， 有一定限制。 工作在线性区 ，对uS有一定限制。 (2) 运放工作在闭环状态时，输出电压由外电路决定。 运放工作在闭环状态时，输出电压由外电路决定。
当 Rf =R1 时，uo=
Rf uo =− Af = us R1
-us 组成反相器，如下图： 组成反相器 反相器，
x
-1
y
y = -x
☆或列结点1的KCL： 或列结点1 KCL：
1 1 1 6 ( + )u1 − uo = R1 Rf Rf R1
6 − u1 u1 − uo = R1 Rf
u1 = u− = u+ = 2 V
1 1 1 6 ( + ) ×2 − uo = 20 40 40 20
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u1 = u− = u+ = 2 V
R1 R2 R3 R4 iuu+ + _ Rf
BUCT
模转换器(DAC)（digital-to-analog converter) 数/模转换器 模转换器
ui1
数字 输入 (0000~1111)
四位 DAC
模拟 ui2 输出 u
i3
∞
+ + uo _
ui4
− uo =
Rf R1
ui1 +
Rf R2
ui 2 +
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练 习 1
+ _ + 4V_ ∞ + + _ ∞ + +
BUCT
? io
6kΩ Ω 4kΩ Ω
uo?
_
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练 习 2
Rf 25kΩ Ω 10kΩ R1 Ω + us _ ∞ 1 741 + + _
BUCT
若us =0.5V, 计算: 计算 1) uo ; 2) i 。
+ uo _
i
2
答案： 答案：-1.25V, 50µA µ 解：
b
两个输入端之间相当于短路 虚短” 两个输入端之间相当于短路→称为“虚短”；
uo uo为有限值，ud = 为有限值， →0 A
u+=u-
即从输入端看进去，元件相当于开路 虚断” 即从输入端看进去，元件相当于开路→称为“虚断”。
ud i+ = −i− = →0 Ri
i+ = i− = 0
3. Ro→ 0
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− uo =
Rf R1
ui1 +
Rf R2
ui 2 +
Rf R3
ui 3 +
Rf R4